작동원리 및 구성요소

SDI에서 개발하고 있는 리튬 이온 이차 전지는 Li 산화물 양극과 탄소 음극, 유기 용매로 이루어진 전해액의 3부분으로 구성되어 있습니다. 양극 활물질에 포함된 Li 이온은 전해액에 의하여 음극으로 이동된 후 층상구조의 음극 활물질 사이로 삽입되게 되는데 이를 충전이라고 합니다.충전 과정에 의해 양극과 음극의 포텐셜의 차이가 발생하게 되고 이를 전지의 전압이라고 부르며 통상 리튬 이온 2차 전지의 경우 전압이 4.2V 가 될 때까지 충전을 수행합니다. 방전은 음극 활물질 사이에 삽입되어 있던 리튬이온이 다시 양극으로 이동할 때 발생하는 전자의 흐름을 이용하여 전기를 얻는 과정입니다.

 

작동원리

전기화학적 산화-환원 반응에 의해 발생하는 리튬이온의 이동(방전)으로 전류(전기)가 발생, 그 역방향은 충전

리튬이온전지의 충방전 원리

리튬이온의 물질 상태가 양극과 음극에서 서로 다르며, 이로 인한 물질의 고유 에너지 상태가 발생

에너지 상태의 차이를 전위차(전압)라 하며 전위차에 의해 전자가 이동(높은 곳에서 낮은 곳으로), 전류(전기)가 발생

방전 : 전자는 導線을 통해, 전자를 잃은 리튬이온은 전해질을 통해 음극 → 양극으로 이동

충전 : 외부 힘(충전기)에 의해 전자는 導線을 통해, 전자를 잃은 리튬이온은 전해질을 통해 양극 → 음극으로 이동하여 음극활물질(Carbon)의 층구조 사이에 저장

구성요소
물질 종류에 따른 2차 전지 구분
구성요소 역할및 소재
양극
(Cathode)
외부 導線으로부터 전자를 받아 양극 활물질 (리튬코발트옥사이드, LiCoO2)이 환원되는
전극)알루미늄 Foil
음극
(Anode)
음극 활물질(흑연, Carbon)이 산화되면서 導線으로 전자를 방출하는 전극
구리 Foil
분리막
(Separator)
양극과 음극의 전기적 접촉을 막는 다공성 막
폴리에틸렌 or 폴리프로필렌
전해질
(Electrolyte)
양극과 음극간의 이온 이동을 가능케 하는 중간 매개체
Liquid, Gel, Solid 형태의 화합물
Case 금속 Can (원형, 각형), Al Pouch
Cell(단위전지)종류 및 구조 : Case 모양과 사이즈에 따라 구분

원형

구분 : 지름(mm) × 높이(mm) (× 용량)
예) 18650(-22) : 지름 18mm × 높이 650mm (× 2200mAh)

주요 활용 분야 : Note PC, DSC, Camcorder 등

Safety Vent : 전지 Short時 가스 발생하여 내압 상승으로 부풀어 올라 양극 리드선을 끊어 전류 차단하는 안전장치

PTC(Positive Temperature Coefficient) : 온도가 일정 수준 이상으로 상승하면 저항이 증가, 전류를 억제하여 전지가 수용 가능한 전류 수준으로 제어하는 안전장치

각형/폴리머

구분 : 두께(10-1mm) × 폭(mm) × 높이(mm)
예) 453048 : 두께 4.5mm × 폭 30mm × 높이 48mm

주요 활용 분야 : 휴대폰, PDA, Slim형 Note PC 등

Pack 종류 및 구조

Pack이란? : User의 다양한 전력 요구사항을 만족시키기 위하여 Cell을 User의 요구에 맞도록 직병렬 배열하거나, 특정 기기에 손쉽게 탈착, 삽입이 가능토록 구성한 전지 또는 전지 조합품

Smart 회로 : 전지 잔류용량, 사용 횟수 등을 PC에 알려줄 수 있는 Intelligent 회로

보호 회로 : Pack화 될 때 장착되며 과전류, 과전압, 과열시 導電을 차단